功能梯度热障涂层材料断裂参数的求解

功能梯度热障涂层 (GTBC)材料界面裂纹导致涂层剥落是TBC失效的一个重要模式。介绍了MARC有限元软件提供的Delorenzi方法可以在不受涂层界面不均匀性限制的情况下 ,计算出结构的应变能变化 ,最终计算出GTBC界面裂纹的J积分。

功能梯度材料在热障涂层活塞上的应用研究

介绍了作为热障涂层活塞的功能梯度材料的应用机理、材料特性组合方 案、依据及优化设计方法。并制备出了符合要求的功能梯度材料。

功能梯度热障涂层热负荷下的有限元分析

针对ZrO2 NiCrAl材料体系制备的功能梯度热障涂层 ,采用有限元方法研究了在热负荷下的残余应力、隔热工作应力和循环状态下的瞬态温度和瞬态热应力 ,为该材料体系在制备和使用过程中的性能评价。

ZrO2-ZiCrAl系功能梯度热障涂层界面残余热应力研究

研究用等离子喷涂方法制备Ｚｒｏ２－ＮｉＣｒＡｌ系功能梯度热障涂层的不同梯度过渡层之间，以及与基体之间界面的残余热应力和功能梯度热障涂层厚度、组分对残余热应力的影响．方法来用热弹性有限元方法．结果所设计的功能梯度热障涂层的界面残余热应力得到有效缓和．结论对于所要保护的基体，可用有限元数值分析结果选择适当的功能梯度材料体系．

等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层结构优化与热力耦合模拟计算

目的研究不同结构参数对Mo/8YSZ热障涂层系统残余应力的影响因素。方法设计Mo/8YSZ功能梯度热障涂层,并利用ANSYS有限元软件建立了等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,模型中考虑了材料热物理性能参数随温度变化,研究粘结层、过渡层及陶瓷层厚度对Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律。结果随着径向距离的增大,粘结层与陶瓷层界面的残余应力逐渐由压应力变为拉应力,并且在涂层边缘位置,径向残余拉应力达到最大值。在0~12 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,粘结层与陶瓷层界面位置的轴向残余应力无明显变化,且轴向残余应力的数值几乎为0;在6~12.5 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,其剪切残余应力逐渐增大。在基体与粘结层界面边缘0.5 mm处存在着与其他位置相比更大的应力突变。粘结层与陶瓷层的厚度参数比控制在4∶10~4∶13时,涂层具有最低的热失配。过渡层与陶瓷层的厚度参数比控制在1∶4时,涂层具有最低的热失配。当功能梯度热障涂层的过渡层采用50%Mo与50%8YSZ复合而成时,将粘结层、过渡层及陶瓷层三者的厚度比值控制在16∶10∶40~16∶13∶52,涂层具有最低的热失配。结论通过设计功能梯度热障涂层,并合理调控热障涂层系统的结构参数,可进一步减小喷涂构件的残余应力和应力突变情况,提升基体与涂层的结合强度。

机械工程用功能梯度材料涂层制备技术及其应用

介绍了国内外功能梯度材料 (FGM )的应用现状和发展方向 ,分析比较了目前功能梯度材料的主要制备方法和分类。列举了现阶段FGM材料的应用范围。

功能梯度热障涂层隔热与应力缓和的组合设计

提出了功能梯度热障涂层隔热与应力缓和的组合设计思想,给出了材料基本物性参数物理模型,并在此基础上首先由隔热能力确定不同层数对应的成分分布指数,继而进一步计算出与之匹配的轴向及径向应力分布情况,最后结合涂层材料的制备成本,确定了满足组合设计准则的涂层结构。

热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的发展状况

介绍了热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的研究与发展状况,分析了各种热喷涂方法制备功能梯度涂层的技术与工艺特点,指出了各自的优势与不足;同时还介绍了20世纪90年代末发展起来的自蔓延高温合成技术与热喷涂技术相融合而形成的反应热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的最新研究动态,并展望了热喷涂制备功能梯度材料涂层的发展前景。

功能梯度热障涂层热应力的有限体积法研究

为了研究功能梯度热障涂层(TBC)热应力问题,改进了交错格点型有限体积方法(SCV-FVM)。运用交错网格技术,待解变量定义在单元节点上,物性参数定义在单元中心上。计算功能梯度圆盘的应力场,结果与理论解吻合良好,验证方法的正确性。通过与有限元结果及高阶功能梯度理论(HOTFGM)结果对比发现,SCV-FVM可以有效避免物性参数变化引起的人工数值不连续。研究功能梯度TBC热应力问题,分析涂层厚度变化对热应力场的影响,通过与ANSYS计算结果对比验证数值模拟的正确性。

功能梯度热障涂层热震裂纹的形成和扩展

探索热障涂层在热震中裂纹的形成规律 ,揭示涂层热震危险截面位置 .采用在铝基体上以等离子喷涂法制备 Al/Ni- Zr O2 功能梯度涂层 ,在所研制的热性能测试仪上 ,用单面加热急冷法 ,观察不同热循环次数下的裂纹形成情况 .结果是热震 15次时首先在纯 Zr O2 与 Zr O2 和 Al/Ni质量比为 8∶ 2的界面上方产生水平裂纹 ,5 0次时出现龟裂纹 .热震裂纹出现的最危险截面在上述界面上方大约 80 μm处 ,此处热应力最大 .

含氟聚合物自分层功能梯度涂层材料研究进展

在简述自分层涂料发展历程的基础上,介绍了其分层机理和理论预测方法,并总结了其配方设计、涂膜分层影响因素以及表征手段。以含氟聚合物为例,阐述了其在自分层涂料中的应用,并提出了自分层功能梯度涂层材料的发展方向。

金属陶瓷功能梯度热障涂层瞬态热负荷下的破坏分析

本文采用试验分析和热弹性有限元方法研究了用等离子喷涂方法制备的ZrO2 NiCrAl系功能梯度热障涂层在瞬态热负荷下的破坏机理。

超音速等离子喷涂制备梯度功能热障涂层的特点

在国内最新研制成功的超音速等离子喷涂系统基础上,开发了国内外独创的“双通道、双温区”超音速等离子喷涂工艺,将高熔点陶瓷粉末和低熔点合金粉末分别送入等离子焰流的不同温度区,保证两种粉末分别达到各自的熔点,再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层,克服了传统的“金属/陶瓷混合法”制备梯度热障涂层时,低熔点金属相过熔而引起的氧化、脆化问题。制备出的Ce-YSZ/NiCoCrAlY梯度功能热障涂层(FG-TBCs)组织结构均匀致密,陶瓷与金属组份呈连续梯度分布,显示出良好的韧性。在自行开发的多功能旋转式热震试验机上对约1 mm厚的涂层经1 200℃加热、淬水,200周次热震试验后,涂层表面仅出现了细微网状裂纹,裂纹垂直向下扩展最深350μm,止于梯度层中塑性金属区,未发现任何涂层剥落现象。

功能梯度材料涂层平面裂纹分析

研究粘接于均质基底材料上功能梯度涂层平面裂纹问题.假设功能梯度材料剪切模量的倒数为坐标的线性函数,而泊松比为常数.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子.考察了材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现功能梯度材料涂层尺寸、裂纹长度以及材料梯度参数均对应力强度因子有显著影响.

功能梯度涂层材料的研究进展

功能梯度材料(FGM)是一种新型的复合材料,文章综述了其特征和性能及其热——机械理论分析的研究进展,其中包括一维稳态温度场的精确解、动态热载作用下的复合材料层合板模型、热载作用下的裂纹问题。并综述了功能梯度材料目前常采用的一些制备方法及使用情况,其中包括火花等离子烧结技术、粉末冶金法及离子结构工艺等,从而预见其具有很好的发展前途。

Fe-Al/Al_2O_3功能梯度涂层材料研究现状及展望

对Al2 O3陶瓷和Fe Al金属间化合物及其复合材料作了总结分析 ,综述了Fe Al/Al2 O3功能梯度涂层材料设计的现状 。

用于C－A1复合材料的C纤维表面多功能梯度涂层

提出一种用于Ｃ－Ａ１复合材料的Ｃ纤维表面多功能梯度涂层，它具有润湿、减缓热应力、阻挡界面反应、改善复合材料断裂形式、提高纤维抗氧化性等多种功能，可以满足Ｃ－Ａ１复合材料制造工艺与性能的多种要求。并且采用化学气相沉积工艺制备了结构和成分分布与设计相符合的涂层。将其应用于Ｃ－Ａ１复合材料获得以良好的试样抗拉强度。对于该涂层的性能与作用进行了研究。

功能梯度材料涂层平面运动裂纹分析

研究粘结于均匀材料基底上功能梯度材料涂层平面运动裂纹问题,假设功能梯度材料剪切模量和密度为坐标的指数函数,而泊松比为常数。采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题转化为一对奇异积分方程,通过数值求解奇异积分方程组获得功能梯度材料涂层平面运动裂纹的应力强度因子。考察了结构几何尺寸、裂纹运动速度以及材料梯度参数对运动裂纹的应力强度因子的影响,发现材料梯度参数、结构几何尺寸、裂纹长度以及运动速度均对功能梯度材料动态断裂行为有显著影响。

功能梯度热障涂层热震表面裂纹

作为发动机热端部件上使用的功能梯度热障涂层,其热震性能的好坏直接关系到涂层的使用寿命,涂层内部的裂纹在热震环境下的变化是影响其热震性能乃至使用寿命的直接因素。采用YSZ与NiCrCoAlY等离子喷涂制备了功能梯度热障涂层试样,采用扫描电子显微镜对不同次数热震后的涂层表面不同位置进行了观察比较。结果表明,随试样位置及热震次数的不同,表面裂纹存在显著不同;除主裂纹外,会产生二次裂纹;主裂纹与二次裂纹的宽度存在差异。

添加MoSi_2对Al/Ni-ZrO_2功能梯度热障涂层的结合强度和抗热震性能的影响

在 Al/Ni- Zr O2 功能梯度材料中添加 Mo Si2 后 ,涂层的结合强度和抗热震性能有较大的提高 ,其机理是 :Mo Si2 沉积层细密 ,提高了表层和次表层的结合强度 ,从而提高了涂层的结合强度 ;在高温时 ,Mo Si2 通过化学反应生成 Si O2 填补了裂纹 ,提高了抗热震性能。